其中,$$T(n)$$ 我们已经讲过了,它表示代码执行的时间;n 表示数据规模的大小;$$f(n)$$ 表示每行代码执行的次数总和。因为这是一个公式,所以用$f(n)$ 来表示。公式中的 O,表示代码的执行时间 T(n) 与 f(n) 表达式成正比。
所以,第一个例子中的 $T(n) = O(2n+2)$,第二个例子中的 T(n) = O(2n^2^+2n+3)。这就是大 O 时间复杂度表示法。
大 O 时间复杂度实际上并不具体表示代码真正的执行时间,而是表示代码执行时间随数据规模增长的变化趋势,所以,也叫作渐进时间复杂度(asymptotic time complexity),简称时间复杂度。敲黑板了,表达的是变化趋势,并不是真正的执行时间。
当 n 很大时,你可以把它想象成 100000、1000000。而公式中的==低阶、常量、系数==三部分并不左右增长趋势,所以都可以忽略。我们只需要记录一个最大量级就可以了,如果用大 O 表示法表示刚讲的那两段代码的时间复杂度,就可以记为:$$T(n) = O(n)$$; $$T(n) = O(n^2)$$。
时间复杂度分析前面介绍了大 O 时间复杂度的由来和表示方法。现在我们来看下,如何分析一段代码的时间复杂度?有三个比较实用的方法可以分享。
1. 只关注循环执行次数最多的一段代码
大 O 这种复杂度表示方法只是表示一种变化趋势。我们通常会忽略掉公式中的常量、低阶、系数,只需要记录一个最大阶的量级就可以了。所以,我们在分析一个算法、一段代码的时间复杂度的时候,也只关注循环执行次数最多的那一段代码就可以了。擒贼先擒王就是这么回事。
这段核心代码执行次数的 n 的量级,就是整段要分析代码的时间复杂度。
int cal(int n) { int sum = 0; int i = 1; for (; i <= n; ++i) { sum = sum + i; } return sum; }其中第 2、3 行代码都是常量级的执行时间,与 n 的大小无关,所以对于复杂度并没有影响。
循环执行次数最多的是第 4、5 行代码,所以这块代码要重点分析。前面我们也讲过,这两行代码被执行了 n 次,所以总的时间复杂度就是 O(n)。
2. 加法法则:总复杂度等于量级最大的那段代码的复杂度
看如下代码可以先试着分析一下,然后再往下看跟我的分析思路是否一样。
int cal(int n) { int sum_1 = 0; int p = 1; for (; p < 100; ++p) { sum_1 = sum_1 + p; } int sum_2 = 0; int q = 1; for (; q < n; ++q) { sum_2 = sum_2 + q; } int sum_3 = 0; int i = 1; int j = 1; for (; i <= n; ++i) { j = 1; for (; j <= n; ++j) { sum_3 = sum_3 + i * j; } } return sum_1 + sum_2 + sum_3; }这个代码分为三部分,分别是求 sum_1、sum_2、sum_3。我们可以分别分析每一部分的时间复杂度,然后把它们放到一块儿,再取一个量级最大的作为整段代码的复杂度。
第一段的时间复杂度是多少呢?这段代码循环执行了 100 次,所以是一个常量的执行时间,跟 n 的规模无关。
这里我要再强调一下,即便这段代码循环 10000 次、100000 次,只要是一个已知的数,跟 n 无关,照样也是常量级的执行时间。当 n 无限大的时候,就可以忽略。尽管对代码的执行时间会有很大影响,但是回到时间复杂度的概念来说,它表示的是一个算法执行效率与数据规模增长的变化趋势,所以不管常量的执行时间多大,我们都可以忽略掉。因为它本身对增长趋势并没有影响。
那第二段代码和第三段代码的时间复杂度是多少呢?答案是 O(n) 和 O(n^2^),你应该能容易就分析出来,我就不啰嗦了。
综合这三段代码的时间复杂度,我们取其中最大的量级。所以,整段代码的时间复杂度就为 O(n^2^)。也就是说:总的时间复杂度就等于量级最大的那段代码的时间复杂度。那我们将这个规律抽象成公式就是:
如果 T1(n)=O(f(n)),T2(n)=O(g(n));那么 T(n)=T1(n)+T2(n)=max(O(f(n)), O(g(n))) =O(max(f(n), g(n)))3. 乘法法则:嵌套代码的复杂度等于嵌套内外代码复杂度的乘积
刚刚说了一个加法原则,这里说的乘法原则,以此类推,你也应该能「猜到」公式。这个是效率最差的
如果 T1(n)=O(f(n)),T2(n)=O(g(n));那么 T(n)=T1(n)T2(n)=O(f(n))O(g(n))=O(f(n)*g(n)).
也就是说,假设 T1(n) = O(n),T2(n) = O(n2),则 $$T1(n) * T2(n) = O(n^3)$$。落实到具体的代码上,我们可以把乘法法则看成是嵌套循环
int cal(int n) { int ret = 0; int i = 1; for(x=1; i <= n; x++){ for(i = 1; i <= n; i++) { j = i; j++; } } }